Dziecko pyta, po co komu masa cząsteczkowa. Co odpowiedzieć?

To podstawa wszystkich obliczeń chemicznych, które nadejdą: ile tlenu zużyje spalanie, ile soli powstanie w reakcji, jakie stężenie ma roztwór. Bez masy cząsteczkowej chemia byłaby tylko opisowa. Dobre porównanie kuchenne: przepis mówi „2 jajka i szklanka mąki” — a masa cząsteczkowa mówi, ile taki „przepis na cząsteczkę” waży.

Jak poćwiczyć bez podręcznika?

Wystarczy układ okresowy (może być w telefonie) i wzory z etykiet w łazience i kuchni: woda H_2O, dwutlenek węgla CO_2 z wody gazowanej, soda oczyszczona NaHCO_3. Dziecko wypisuje, ile jest atomów każdego pierwiastka, potem sumuje masy. Najwięcej uczą wzory z nawiasami — warto sprawdzić, czy indeks za nawiasem naprawdę pomnożył wszystko w środku.

Dziecko dziwi się, że chlor ma masę 35,5 u — przecież pół cząstki nie istnieje. Jak to wyjaśnić?

To świetne pytanie, nie błąd! Masa z układu okresowego to średnia mas izotopów, ważona ich ilością w przyrodzie: chlor to mieszanina atomów o masach 35 u i 37 u w proporcji około 3:1. Analogia ze średnią ocen działa bezbłędnie: średnia 4,5 nie znaczy, że ktoś dostał taką ocenę.

Masa atomowa i masa cząsteczkowa

około 12 minut

W tej lekcji1/10

Jeden atom wodoru waży 0,00000000000000000000000167 grama — żadna waga świata tego nie pokaże, a ja nie zamierzam dyktować dwudziestu trzech zer. Chemicy wymyślili na to sprytną jednostkę i dziś nauczysz się nią ważyć atomy i całe cząsteczki.

Unit — jednostka szyta na miarę atomu

Gram jest dla atomów absurdalnie duży, więc chemicy ważą je w atomowych jednostkach masy, w skrócie u (czyt. „unit”).

Definicja. $1\ \text{u}$ to $\frac{1}{12}$ masy atomu węgla $^{12}C$ .

Węgiel $^{12}C$ ma 12 cząstek w jądrze (6 protonów i 6 neutronów), więc jedna dwunasta jego masy to mniej więcej masa jednego protonu. Dzięki temu masy atomów wyrażone w u są wygodnymi, małymi liczbami.

Skąd brać masy atomowe? Z układu okresowego

Masa atomowa to masa atomu danego pierwiastka wyrażona w u. Nie trzeba jej pamiętać — stoi w każdej kratce układu okresowego. W obliczeniach używamy wartości zaokrąglonych:

pierwiastek	masa atomowa
H	$1\ \text{u}$
C	$12\ \text{u}$
N	$14\ \text{u}$
O	$16\ \text{u}$
Na	$23\ \text{u}$
Mg	$24\ \text{u}$
S	$32\ \text{u}$
Cl	$35{,}5\ \text{u}$
Fe	$56\ \text{u}$

Skąd „połówka” u chloru?

Masa 35,5 u nie znaczy, że atom chloru nosi pół cząstki. Chlor w przyrodzie to mieszanina izotopów: około trzech czwartych atomów ma masę 35 u, a jedna czwarta — 37 u. Masa atomowa z układu okresowego to średnia masa atomu w tej mieszaninie:

$0{,}75 \cdot 35 + 0{,}25 \cdot 37 = 35{,}5$

Pamiętasz izotopy? To dokładnie one robią tu zamieszanie.

Atomy chloru w przyrodzie

izotop o masie 35 u 75%
izotop o masie 37 u 25%

Masa cząsteczkowa — dodaj wszystkie atomy

Masa cząsteczkowa to masa całej cząsteczki: suma mas atomowych wszystkich atomów w jej wzorze.

Ca(OH)₂ — atomy do zważenia: jeden wapń, dwa tleny, dwa wodory

Dwie rzeczy wymagają czujności:

- indeks mnoży masę atomu, przy którym stoi: $\mathrm{H_2}$ to $2 \cdot 1\ \text{u}$ , nie $1\ \text{u}$ ,
- nawias z indeksem mnoży wszystko, co jest w środku: $\mathrm{(OH)_2}$ to dwa razy po $16 + 1$ .

Trzy cząsteczki, coraz trudniejsze

1
Woda $\mathrm{H_2O}$ : dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Indeks 2 mnoży masę wodoru.
$2 \cdot 1 + 16 = 18\ \text{u}$
2
Dwutlenek węgla $\mathrm{CO_2}$ : jeden atom węgla i dwa atomy tlenu. Teraz indeks stoi przy tlenie.
$12 + 2 \cdot 16 = 44\ \text{u}$
3
Wodorotlenek wapnia $\mathrm{Ca(OH)_2}$ : indeks 2 za nawiasem mnoży CAŁĄ grupę $\mathrm{OH}$ , czyli tlen i wodór razem. Masa wapnia: $40\ \text{u}$ .
$40 + 2 \cdot (16 + 1) = 40 + 34 = 74\ \text{u}$
Wskazówka
Nawias to paczka: dwójka na zewnątrz bierze wszystko, co w środku — nie tylko ostatni atom.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Oblicz masę cząsteczkową tlenku siarki(VI) $\mathrm{SO_3}$ . Wpisz samą liczbę.

Pułapka! Zgubiony indeks i oszukany nawias

Źle: masa $\mathrm{H_2O}$ to $1 + 16 = 17\ \text{u}$ — zniknęła dwójka przy wodorze.

Dobrze: $2 \cdot 1 + 16 = 18\ \text{u}$ — wodory są dwa.

Źle: masa $\mathrm{Ca(OH)_2}$ to $40 + 16 + 1 + 2 = 59\ \text{u}$ — dwójka została DODANA jak atom.

Dobrze: $40 + 2 \cdot (16 + 1) = 74\ \text{u}$ — indeks za nawiasem mnoży całą grupę.

Zanim policzysz, wypisz, ile jest atomów każdego pierwiastka — indeksy przestaną uciekać.

Twoja kolej

Rdza to głównie tlenek żelaza(III) $\mathrm{Fe_2O_3}$ . Jaka jest jego masa cząsteczkowa?

Ściąga do zapamiętania

Czym jest 1 u i jak liczy się masę cząsteczkową?

1 u (atomowa jednostka masy) to 1/12 masy atomu węgla C-12 — gramy są dla atomów za duże. Masy atomowe odczytuje się z układu okresowego (H=1, C=12, O=16, S=32…); chlor ma 35,5 u, bo to ŚREDNIA mas jego izotopów. Masa cząsteczkowa = suma mas atomowych wszystkich atomów we wzorze. Indeks MNOŻY masę atomu, przy którym stoi, a indeks za nawiasem mnoży całą grupę: H₂O = 2·1+16 = 18 u, Ca(OH)₂ = 40+2·(16+1) = 74 u.

Dla rodzica

Jak pomóc dziecku w tym temacie?

Dziecko pyta, po co komu masa cząsteczkowa. Co odpowiedzieć?: To podstawa wszystkich obliczeń chemicznych, które nadejdą: ile tlenu zużyje spalanie, ile soli powstanie w reakcji, jakie stężenie ma roztwór. Bez masy cząsteczkowej chemia byłaby tylko opisowa. Dobre porównanie kuchenne: przepis mówi „2 jajka i szklanka mąki” — a masa cząsteczkowa mówi, ile taki „przepis na cząsteczkę” waży.
Jak poćwiczyć bez podręcznika?: Wystarczy układ okresowy (może być w telefonie) i wzory z etykiet w łazience i kuchni: woda $\mathrm{H_2O}$ , dwutlenek węgla $\mathrm{CO_2}$ z wody gazowanej, soda oczyszczona $\mathrm{NaHCO}_3$ . Dziecko wypisuje, ile jest atomów każdego pierwiastka, potem sumuje masy. Najwięcej uczą wzory z nawiasami — warto sprawdzić, czy indeks za nawiasem naprawdę pomnożył wszystko w środku.
Dziecko dziwi się, że chlor ma masę 35,5 u — przecież pół cząstki nie istnieje. Jak to wyjaśnić?: To świetne pytanie, nie błąd! Masa z układu okresowego to średnia mas izotopów, ważona ich ilością w przyrodzie: chlor to mieszanina atomów o masach 35 u i 37 u w proporcji około 3:1. Analogia ze średnią ocen działa bezbłędnie: średnia 4,5 nie znaczy, że ktoś dostał taką ocenę.

Sprawdź się!

Czemu równa się 1 u, czyli atomowa jednostka masy?

Ile wynosi masa cząsteczkowa amoniaku $\mathrm{NH_3}$ ? (N = 14 u, H = 1 u)

Ile wynosi masa cząsteczkowa wodorotlenku magnezu $\mathrm{Mg(OH)_2}$ ? (Mg = 24 u, O = 16 u, H = 1 u)

Dlaczego masa atomowa chloru wynosi 35,5 u, skoro nie istnieje atom o takiej masie?

Ile wynosi masa cząsteczkowa kwasu siarkowego(VI) $\mathrm{H_2SO_4}$ ? (H = 1 u, S = 32 u, O = 16 u)

Następny temat

Układ okresowy pierwiastków